自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用

前言

本書(shū)是在第1版的基礎(chǔ)上，根據(jù)自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，為適應(yīng)我國(guó)高等教育的形勢(shì)而編寫(xiě)的。自動(dòng)控制技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用于空間科技、冶金、輕工、機(jī)電工程以及交通管理、環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域。這不但使得生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量，改善了勞動(dòng)條件，還在人類(lèi)征服大自然，改善居住、生活條件等方面發(fā)揮了非常重要的作用。自動(dòng)控制技術(shù)的研究對(duì)象為自動(dòng)控制系統(tǒng)，而分析和設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)就是自動(dòng)控制原理。一般可將自動(dòng)控制原理分為經(jīng)典控制理論和現(xiàn)代控制理論。本書(shū)以工程中用得較多的、同時(shí)也是基礎(chǔ)的經(jīng)典控制理論及其應(yīng)用為主要內(nèi)容。全書(shū)分為六章，包括概述、自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、頻率特性法、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)、采樣控制系統(tǒng)分析。本書(shū)的主要特點(diǎn)是：在第1版的基礎(chǔ)上，更加突出物理概念的闡述，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了數(shù)學(xué)推導(dǎo)，增加了實(shí)例。從自動(dòng)控制原理的角度對(duì)工程實(shí)例進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)。每章都配有小結(jié)和習(xí)題，書(shū)末還附有部分習(xí)題參考答案?？紤]到計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)在自動(dòng)控制領(lǐng)域內(nèi)的廣泛運(yùn)用，本書(shū)結(jié)合各章的內(nèi)容，以附錄的形式介紹了MATLAB在自動(dòng)控制系統(tǒng)分析和設(shè)計(jì)方面的基本知識(shí)和方法。本書(shū)由南京工程學(xué)院黃堅(jiān)任主編，并編寫(xiě)了大部分章節(jié)，宋麗蓉任副主編，陳桂參加了本書(shū)的編寫(xiě)。在此，向所有為本書(shū)出版給予支持和幫助的同志致以深切的謝意。由于編者的水平有限，時(shí)間較緊，書(shū)中不妥與錯(cuò)誤之處在所難免，懇請(qǐng)廣大讀者和專(zhuān)家批評(píng)指正。

內(nèi)容概要

　　《自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用》是普通高等教育“十五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材（高職高專(zhuān)教育）。全書(shū)從工程實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，介紹了經(jīng)典控制理論的基本概念、基本分析方法及其應(yīng)用。書(shū)中包括控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型、時(shí)域分析法、頻率特性法、控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)、采樣控制系統(tǒng)分析等內(nèi)容。全書(shū)強(qiáng)調(diào)理論的工程應(yīng)用。在突出物理概念的同時(shí)，盡量減少繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，敘述深入淺出，通谷易懂，并配有大量實(shí)例。每章都有小結(jié)和習(xí)題，書(shū)末還附有部分習(xí)題參考答案。《自動(dòng)控制原理及其應(yīng)用》還結(jié)合各章的內(nèi)容，以附錄形式介紹了MATLAB在自動(dòng)控制方面的基本應(yīng)用?！蹲詣?dòng)控制原理及其應(yīng)用》適用于高職高專(zhuān)院校電氣、自動(dòng)化及機(jī)電類(lèi)各專(zhuān)業(yè)，也可作為各類(lèi)職業(yè)技術(shù)學(xué)院、成人高校相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材。

書(shū)籍目錄

第一章 概述第一節(jié) 自動(dòng)控制與自動(dòng)控制系統(tǒng)第二節(jié) 自動(dòng)控制系統(tǒng)的分類(lèi)第三節(jié) 對(duì)控制系統(tǒng)性能的要求第四節(jié) 自動(dòng)控制理論發(fā)展簡(jiǎn)述小結(jié)習(xí)題第二章 自動(dòng)控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型第一節(jié) 控制系統(tǒng)的微分方程第二節(jié) 傳遞函數(shù)第三節(jié) 動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖第四節(jié) 反饋控制系統(tǒng)的傳遞函數(shù)第五節(jié) 控制系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立與化簡(jiǎn)舉例小結(jié)習(xí)題第三章 時(shí)域分析法第一節(jié) 控制系統(tǒng)的性能指標(biāo)第二節(jié) 控制系統(tǒng)的性能分析第三節(jié) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析第四節(jié) 控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)報(bào)告誤差分析第五節(jié) 用時(shí)域法分析系統(tǒng)性能舉例小結(jié)習(xí)題第四章 頻率特性法第一節(jié) 頻率特性的基本概念第二節(jié) 典型環(huán)節(jié)與系統(tǒng)的頻率特性第三節(jié) 用頻率特性分析系統(tǒng)穩(wěn)定性第四節(jié) 用頻率特性法分析系統(tǒng)性能第五節(jié) 用頻率特性分析系統(tǒng)性能舉例小結(jié)習(xí)題第五章 控制系統(tǒng)的校正與設(shè)計(jì)第一節(jié) 系統(tǒng)校正的一般方法第二節(jié) 控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)方法第三節(jié) 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)舉例小結(jié)習(xí)題第六章 采樣控制系統(tǒng)分析第一節(jié) 采樣控制系統(tǒng)的基本概念第二節(jié) 采樣控制系統(tǒng)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)第三節(jié) 采樣控制系統(tǒng)的脈沖傳遞函數(shù)第四節(jié) 采樣控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能分析第五節(jié) 采樣控制鰵的穩(wěn)定性分析第六節(jié) 采樣控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差分析小結(jié)習(xí)題附錄附錄1 常用函數(shù)的拉普拉斯變換與z變換對(duì)照表附錄2 MATLAB應(yīng)用簡(jiǎn)介附錄3 部分習(xí)題參考答案參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：自動(dòng)控制理論的研究對(duì)象是自動(dòng)控制系統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容是自動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)、準(zhǔn)、快三方面的性能。當(dāng)控制系統(tǒng)的輸入發(fā)生變化時(shí)，其輸出往往要過(guò)一個(gè)瞬態(tài)過(guò)程才能跟上輸入的變化。對(duì)系統(tǒng)性能的分析，就是通過(guò)對(duì)瞬態(tài)過(guò)程的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為了掌握其規(guī)律，就必須將系統(tǒng)的瞬態(tài)過(guò)程用一個(gè)反映其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)表達(dá)式表示出來(lái)。這種描述系統(tǒng)瞬態(tài)過(guò)程中各變量之間相互關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式就稱(chēng)為系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。在分析系統(tǒng)性能之前，必須建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的方法主要有兩種。①解析法：根據(jù)系統(tǒng)所遵循的物理定律，經(jīng)過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，求出數(shù)學(xué)模型；②實(shí)驗(yàn)法：在系統(tǒng)的輸入端加上一定形式的測(cè)試信號(hào)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試出系統(tǒng)的輸出信號(hào)，再根據(jù)輸入、輸出特性確定數(shù)學(xué)模型。本章只介紹用解析法建立數(shù)學(xué)模型的方法。系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有多種，常用的有微分方程、傳遞函數(shù)、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、頻率特性等。本章主要介紹建立數(shù)學(xué)模型的一般方法以及幾種數(shù)學(xué)模型之間的相互轉(zhuǎn)換。第一節(jié) 控制系統(tǒng)的微分方程一、建立系統(tǒng)微分方程的一般步驟一個(gè)系統(tǒng)通常是由一些環(huán)節(jié)連接而成的，將系統(tǒng)中每個(gè)環(huán)節(jié)的微分方程求出來(lái)，然后將這些微分方程聯(lián)立起來(lái)，消除中間變量，便可求出整個(gè)系統(tǒng)的微分方程。列寫(xiě)系統(tǒng)微分方程的一般步驟：①確定系統(tǒng)的輸入變量和輸出變量。②建立初始微分方程組。即根據(jù)各環(huán)節(jié)所遵循的基本物理規(guī)律，分別列寫(xiě)出相應(yīng)的微分方程，并構(gòu)成微分方程組。③消除中間變量，將式子標(biāo)準(zhǔn)化。將與輸入量有關(guān)的項(xiàng)寫(xiě)在方程式等號(hào)的右邊，與輸出量有關(guān)的項(xiàng)寫(xiě)在等號(hào)的左邊。

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